荧光探针与分子传感器

荧光探针与分子传感器第一页，共六十四页，编辑于2023年，星期二郭祥群博士，博士生导师全国高校化学教育研究中心第四届学术委员会副主任，教育部高等学校本科教学工作水平评估专家，中国化学会理事先后获得国家级奖2项，省部级奖4项，发表科研与教学研究论文100余篇。研究兴趣：荧光光谱分析的原理与技术，在研项目涉及生物活性自由基的荧光表征，海洋污染生物监测技术研究，食品安全等。联系方式:xqguoL),2187288(O),2182355(H)200507052第二页，共六十四页，编辑于2023年，星期二FluorescentProbesIntroductionFluorescentSensor

荧光传感FluorescentTracer荧光示踪

FRET

共振能量转移荧光Application

1.Radicalprobes2.Ionprobes3.NIRFFluorescenceimage4.DNAsequence5.Proteinprobes6.DNAprobes7.Membraneprobes8.pHprobes200507053第三页，共六十四页，编辑于2023年，星期二FluorescenceresearchKeyword:Fluorescen*Period:Jan/2005-Jun/2005Database:

美国化学会(ACS)数据库3566篇WPS电子期刊全文数据库206篇SDOS全文数据库（上交镜像）1890篇英国皇家化学会（RSC)数据库120篇研究与应用领域涉及：生命环境材料等讲座要求了解：荧光探针表征应用研究意义200507054第四页，共六十四页，编辑于2023年，星期二MolecularProbeMolecularreporterFromJ.Fluorescence200507055第五页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Molecularprobes200507056第六页，共六十四页，编辑于2023年，星期二JablonskidiagramT1hAhAAbsorption10-15sVibrational

relax,VR,10-1210-14sInternalconversion,IC,10-1110-13sIntersystemcrossing,ISC,10-210-6sFluorescencePhosphorescenceICISCS0S1S2321010-8s10-3100shFhPHOMOLUMO第七页，共六十四页，编辑于2023年，星期二CharacteristicsofFluorophoreExcitationwavelength激发波长

exEmissionwavelength发射波长

emExtinction(absorption)coefficient吸光系数Stoke’sshiftFluorescencelifetime荧光寿命Fluorescencequantumyield荧光量子产率

FluorescenceAnisotropy各项异性rFluorescencePolarization荧光偏振p200507058第八页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Excitationandemissionspectra1ExcitationspectrumEmissionspectraFemFexemex200507059第九页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Fluorescencelifetimerelaxation(10-12s)S0S1S1hvAhvFknrSimplifiedJablonskidiagram

:EmissionrateKnr:nonradiativedecayrateDefinitionAveragelifetime:theaveragetimethemoleculespendsintheexcitedstatepriortoreturntothegroundstate.Expression第十页，共六十四页，编辑于2023年，星期二FluorescenceQuantumYieldDefinition

ThefluorescencequantumyieldistheratioofthenumberofphotonsemittedtothenumberabsorbedExpression

第十一页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Sensor(1)+SRTS信号单元，R识别单元，T靶分子hvhvhv自由基传感Z.-Y.Bian,X.-Q.Guo*,AnalyticalScience,21553-559,2005第十二页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Sensor(2)DDhue

-hvhvhvPETPhotoinducedElectronTransferhvHg2+E.M.Nolan,etal.,J.Am.Chem.Soc.,2003,125:14270-14271SRT2005070513第十三页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Sensor(3)RShvhvFRETFD,exD,emA,exA,emFD,exD,emA,exA,emT+hvhv’FluorescenceResonanceEnergyTransfer第十四页，共六十四页，编辑于2023年，星期二ProbingDNAMolecularbeacons分子信标ADQFTargetDNAssDNAbindingproteinDenaturingreagentQFFQ2005070515第十五页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Sensor(4)+S-RThvhvAl3+hv2005070516第十六页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Sensor(5)+S-RT+竞争型+S-RT催化剂中间体+hvhv催化型2005070517第十七页，共六十四页，编辑于2023年，星期二TheFusionofIntegalMembraneProtein荧光素标记鼠蛋白质罗丹明标记人蛋白质鼠细胞人细胞37°C15°C融合异核体FromInstantnotes,Biochemistry,E2Tracer膜内蛋白侧向运动2005070518第十八页，共六十四页，编辑于2023年，星期二CelltracerA30µm–thicksectionofazebrafishembryostainedwithCellTrackerCM-DiI(C7000,C7001)priortoimmunohistochemicalanalysis.Aone-day-oldzebrafishembryowasimmobilizedandimpaledinthehindbrainwithamicroelectrodefilledwith1mg/mLCellTrackerCM-DiIin95%ethanol.Onedaylater,thebrainwasfixed,embedded,frozeninliquidnitrogenandsectionedonacryostat.Afterblockingwith0.1%TritonX-100inPBScontaining2%BSAand2%normalgoatserum,the30µm–thicksectionwasincubatedwithprimaryanti-glialantibodyinconjunctionwithfluoresceingoatanti–mouseIgGantibody.Thissectionwasthenviewedsequentiallythroughopticalfiltersetsappropriateforrhodamineandfluorescein,andtheresultingimagesweresuperimposed.TheimagewascontributedbyWilliamTrevarrow,BeckmanInstitute,CaliforniaInstituteofTechnology.C7000C68H105Cl2N3O荧光染色的斑马鱼胚胎第十九页，共六十四页，编辑于2023年，星期二TracerAgF-AgAb抗体在免疫反应前后荧光探针自身的荧光量子产率不发生变化的情况测反应剩余的标记抗原，荧光正比抗原量测固相荧光，荧光反比抗原量测固相洗脱，荧光反比抗原量F标记抗原待测抗原∆—F∆—F荧光分子F∆∆∆∆—F∆—F∆第二十页，共六十四页，编辑于2023年，星期二FRET

FluorescenceResonanceEnergyTransfer第二十一页，共六十四页，编辑于2023年，星期二PrincipleofFRETRateofenergytransferDquantumyieldofDDlifetimeofDr

distancebetweenAandDnrefrcativeindexNAvogadro’snumberk

orientationfactorJ

overlapintegral

FD,exD,emA,exA,em2005070522第二十二页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Orientationfactork=2/3randomizebyrotationaldiffusionpriortoenergytransfer2005070523第二十三页，共六十四页，编辑于2023年，星期二FRETsensordesignbasedondonorandacceptordistancechangesK.Kikuchi,etal.,TrAC,2004,23(6),407-4132005070524第二十四页，共六十四页，编辑于2023年，星期二FRETprobingcAMPK.Kikuchi,etal.,TrAC,2004,23(6),407-413cAMPcyclicadenosinemonophosphate环腺苷酸环腺苷酸依赖蛋白激酶支架结构四聚体表征cAMP2005070525第二十五页，共六十四页，编辑于2023年，星期二FRETprobingPDE磷酸二酯酶BeforehydrolysisAfterhydrolysisK.Kikuchi,etal.,TrAC,2004,23(6),407-413BeforeAfter香豆素phosphodiesterasehvhvhv第二十六页，共六十四页，编辑于2023年，星期二EmissionspectraPDE2005070527第二十七页，共六十四页，编辑于2023年，星期二FRETsensordesignbasedonmodulationofspectraloverlapFD,exD,emA,exA,emFD,exD,emA,exA,em有利于能量转移不利于能量转移2005070528第二十八页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Probingphosphatase磷酸酶LFabsQFabsDonorEmiLF(内酯）QF(醌型）K.Kikuchi,etal.,TrAC,2004,23(6),407-413PTP蛋白质酪氨酸磷酸酶香豆素荧光素第二十九页，共六十四页，编辑于2023年，星期二生物活性自由基研究的重要性•OHO2-•RO•ROO•NO活性氧自由基其他R•GS•为维持生命所必须过量产生会导致生物大分子损伤生命过程中所产生的自由基，是行使生理功能及介导其生化反应所必需的。如在线粒体呼吸链上电子传递过程中产生的自由基在线粒体能量代谢中起着重要的作用。2005070530第三十页，共六十四页，编辑于2023年，星期二•OH抽氢导致DNA断裂2005070531第三十一页，共六十四页，编辑于2023年，星期二硫中心自由基引起细胞损伤2005070532第三十二页，共六十四页，编辑于2023年，星期二顺磁标记荧光探针-ProbingfreeradicalParamagnetic(Lowfluorescence)Diamagnetic(Highfluorescence)产物抗磁性，稳定自由基之间的反应快速多功能探针：ESR；荧光（强度、偏振、寿命等）荧光显微技术应用于细胞、组织的自由基作用研究2005070533第三十三页，共六十四页，编辑于2023年，星期二比率型荧光分子-ProbingNOSoh,N.etal.,Chem.Commun.,2002,2250-2251NO•FRETex=360nmem=470nmem=410nmex=360nm荧胺香豆素2005070534第三十四页，共六十四页，编辑于2023年，星期二•OH比率型荧光探针-Probing•OHSoh,N.etal.,Chem.Commun.,2004,496-497以与自由基作用的特征靶分子或官能团作为识别基团荧光素罗丹明脱氧胸腺嘧啶核苷二聚体第三十五页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Ca2+indicatorFura-2Fura-Ca2+Fura钙具有使原生质胶体稳定以及调节细胞膜的结构和通透性的作用。对各种细胞的兴奋性具有正负效应。ExcitationEmission2005070536第三十六页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Ca2+indicatorIndo-1Indo-1-Ca2+2005070537第三十七页，共六十四页，编辑于2023年，星期二ICTprinciple2005070538第三十八页，共六十四页，编辑于2023年，星期二ImageofFura-2-Ca2+False-colorimage（假色成像）offreeCa2+concentrationinaPurkinjeneuron（梨状神经元）fromembryonicmousecerebellum（胚鼠小脑）Thecompositeimage,whichrepresentstheratioofimagesobtainedwithexcitationat340nmand380nm,revealsthemobilizationofinternalCa2+storeswithoutcontributionfromCa2+influx.Fura-2-Ca2+胚鼠小脑梨状神经元中游离Ca2+浓度荧光成像2005070539第三十九页，共六十四页，编辑于2023年，星期二ImageofspiralCa2+waveFluo-3(F1240)confocalimageofaspiralCa2+waveinitiatedbyinjectionofanonhydrolyzableanalogofinositol1,4,5-triphosphate（肌醇三磷酸非水解模拟物）inaXenopuslaevisoocyte（瓜蟾卵母细胞）.TheimagewascontributedbyDavidClapham,HarvardUniversity,andreproducedwithpermissionfromCell69,283(1992).瓜蟾卵母细胞中螺旋Ca2+波共焦荧光成像Fluo-32005070540第四十页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Na+indicatorSBFISBFISBFI-Na+海马切片CA1锥形神经元Na+成像2005070541第四十一页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Cd2+indicatorFluorescenceemissionspectraofamixtureof1µMBTC-5N(B-6845)and1µMTCPPinsolutionscontainingzeroto1.0µMCd2+.BTC-5N,tetrapotassiumsalt2005070542第四十二页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Zn2+indicatorAPTRA-BTC,tripotassiumsaltFluorescenceexcitationspectraofAPTRA-BTC(A-6895)insolutionscontainingzeroto25µMZn2+.2005070543第四十三页，共六十四页，编辑于2023年，星期二pHindicator5-sulfofluoresceindiacetate,sodiumsalt(SFDA)2005070544第四十四页，共六十四页，编辑于2023年，星期二DNA-basedpHsensorTatsuoOhmishietal.,Biochemistry2005,447125-7130第四十五页，共六十四页，编辑于2023年，星期二TatsuoOhmishietal.,Biochemistry2005,447125-7130DNA-basedpHindicator表征MCF-7乳腺癌细胞编程性死亡过程ApoptosisMCF-7乳腺癌细胞2005070546第四十六页，共六十四页，编辑于2023年，星期二荧光成像通过静脉注射或腹腔注射到生物体内的近红外荧光探针吸着并聚集于肿瘤等组织中，肿瘤中存在特异的细胞、蛋白质、酶等，这些物质可与荧光探针结合或反应而发出荧光，可根据荧光的位置、强度得知肿瘤的位置、大小，是否转移、扩散及肿瘤的阴性、阳性等一系列信息.2005070547第四十七页，共六十四页，编辑于2023年，星期二近红外成像为什么选择近红外？2005070548第四十八页，共六十四页，编辑于2023年，星期二GFP绿色荧光蛋白Endostatin内生抑制素Cy5.5花菁荧光染料NIR1,NIR2,GFP不同滤光片CY5.5标记的内生抑制素特异识别肿瘤第四十九页，共六十四页，编辑于2023年，星期二2005070550第五十页，共六十四页，编辑于2023年，星期二2005070551第五十一页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Self-quenchingprobeRalphWissleder,et.al.NatureAmerica1999,17:375-378酶活化酶作用位点C-PGC肿瘤伴生溶酶体蛋白酶特异识别自猝灭荧光探针（或细胞成像）多甲氧基聚乙烯乙二醇-聚赖氨酸-cy5.5(C-PGC),2005070552第五十二页，共六十四页，编辑于2023年，星期二2005070553第五十三页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Phasecontrastimage相差成像NIRFimage肿瘤细胞成像NIRFNIRFLysosomalcompartment溶酶体分隔2005070554第五十四页，共六十四页，编辑于2023年，星期二NIRFimage2005070555第五十五页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Template3’CCGGTAGCAACT5’Primer5‘GG3’GGCCAGGCCATCGTTGAGGCGGCCGGCCATCGGCCATCGGGCCATCGTTGGGCCATGGCCATCGTGGCCATCGTTdATPdCTPdGTPdTTPddATPdATPdCTPdGTPdTTPddCTPdATPdCTPdGTPdTTPddGTPdATPdCTPdGTPdTTPddTTPF1--AF2--CF3--GF4--TDNApolymerasedATP脱氧腺苷dCTP脱氧胞苷dGTP脱氧鸟苷dTTP脱氧胸苷ddATP双脱氧腺苷ddCTP双脱氧胞苷ddGTP双脱氧鸟苷ddTTP双脱氧胸苷FDNAsequence第五十六页，共六十四页，编辑于2023年，星期二近红外成像荧光探针七次甲基花菁素类(图2，a)2005070557第五十七页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Proteinprobes蛋白质荧光探针RG对牛血清白蛋白（BSA）的响应图WWW.第五十八页，共六十四页，编辑于2023年，星期二DNAprobeAbsorptionandfluorescenceemissionspectraofethidiumbromdeboundtoDNAEthidiumbromide溴化乙锭2005070559第五十九页，共六十四页，编辑于2023年，星期二DNAprobeHoechst33258(bis-benzimide)AbsorptionandfluorescenceemissionspectraofHoechst33258boundtoDNA.2005070560第六十页，共六十四页，编辑于2023年，星期二Normalandcamptothecin-treatedbovinepulmonaryarteryendothelialcells(BPAEC)werestainedwithC4-BODIPY500/510C9(B-3824andHoechst33258(H-1398,H-3569).BODIPYandHoechstfluorescencewererecordedusinglongpassfiltersappropriateforfluoresceinandDAPI,respectively.AnoverlayoftheimagesindicatesthataredshiftinBODIPYfluorescenceissignificantinnormalcells(leftpanel)comparedtothatinapoptoticcells(rightpanel,asindicatedbyth